tính toán phụ tảI và cân bằng công suất

Chất lượng điện năng là một yêu cầu khắt khe của phụ tải. Để đảm bảo chất lượng điện năng tại mỗi thời điểm , điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lượng điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng. Trong thực tế lượng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm được quy luật biến đổi này tức là tìm được đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn được các phương án nối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối ưu công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 máy phát điện ngưng hơi kiểu TB?-100-2 cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp 10,5 kV , 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV.

1 Ch Ch ơng I ơng I tính toán phụ tảI và cân bằng công suất tính toán phụ tảI và cân bằng công suất Chất lợng điện năng là một yêu cầu khắt khe của phụ tải. Để đảm bảo chất l- ợng điện năng tại mỗi thời điểm , điện năng do các nhà máy phát điện phát ra phải hoàn toàn cân bằng với lợng điện năng tiêu thụ ở các hộ tiêu thụ kể cả tổn thất điện năng. Vì điện năng ít có khả năng tích luỹ nên việc cân bằng công suất trong hệ thống điện là rất quan trọng. Trong thực tế lợng điện năng tiêu thụ tại các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi. Việc nắm đợc quy luật biến đổi này tức là tìm đợc đồ thị phụ tải là điều rất quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành. Nhờ vào công cụ là đồ thị phụ tải mà ta có thể lựa chọn đợc các phơng án nối điện hợp lý , đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra dựa vào đồ thị phụ tải còn cho phép chọn đúng công suất các máy biến áp và phân bố tối u công suất giữa các tổ máy phát điện trong cùng một nhà máy và phân bố công suất giữa các nhà máy điện với nhau. Theo nhiệm vụ thiết kế nhà máy điện có tổng công suất đặt là 400 MW gồm có 4 máy phát điện ngng hơi kiểu TB-100-2 cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp 10,5 kV , 110 kV và nối với hệ thống ở cấp điện áp 220 kV. Ta chọn máy phát điện đồng bộ tua bin hơi có các thông số sau : Loại máy S (MVA) P (MW) U (KV) I (KA) Cos X d X d Xd TB- 100-2 117,5 100 10,5 5,73 0,85 0,183 0,26 3 1,79 Trong nhiệm vụ thiết kế đã cho đồ thị phụ tải của nhà máy và đồ thị phụ tải của các cấp điện áp dới dạng bảng theo phần trăm công suất tác dụng (P max ) và hệ 1 2 số (cos tb ) của từng phụ tải tơng ứng từ đó ta tính đợc phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến nhờ công thức sau: tb cos t P t S = với max P 100 P% t P = Trong đó : S t : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểm t tính bằng, MVA P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng phần trăm công suất cực đại. P max : Công suất của phụ tải cực đại tính bằng, MW. cos tb :Hệ số công suất trung bình của từng phụ tải. 1.1. Đồ thị phụ tải của nhà máy. Nhiệm vụ thiết kế đã cho nhà máy gồm 4 tổ máy phát nhiệt điện kiểu TB- 100-2 có P Gđm = 100 MW , cos tbđm = 0,85. Do đó công suất biểu kiến của mỗi tổ máy là : 125 0,80 100 dm cos Gdm P Gdm S === MVA Tổng công suất đặt của toàn nhà máy là: P NMđm = 4P Gđm = 4.100=400 MW hay S NMđm = 4S Gđm = 4.117,5= 470MVA Từ đồ thị phụ tải của nhà máy điện tính đợc công suất phát ra của nhà máy từng thời điểm là: dm )t( NM )t( NM cos P S = với NMdm NM )t(NM P 100 %P P = Kết quả tính toán cho ở bảng 1-1 và đồ thị cho ở hình 1-1: Bảng 1-1 t (giờ) 0 ữ 6 6ữ 12 12 ữ 18 18ữ 24 P NM (%) 90 100 100 80 P NM(t) (MW) 360 400 400 320 S NM(t) (MVA) 423,5 470,6 470,6 376,5 2 3 1-2. Đồ thị phụ tải tự dùng của nhà máy Theo nhiệm vụ thiết kế hệ số phụ tải tự dùng cực đại của nhà máy bằng 8% công suất định mức của nhà máy với cos tddm = 0,85tức là bằng hệ số công suất định mức của nhà máy và thay đổi theo thời gian nh sau: += NMdm )t( NM NMdm )t( td S S 6,04,0SS Từ các kết quả tính phụ tải nhà máy ở bảng 1-1 và công thức tính phụ tải tự dùng của nhà máy ta có bảng 1-2 và đồ thị phụ tải tự dùng trên hình 1-2. Bảng 1-2 t (giờ) 0 ữ 6 6ữ 12 12 ữ 18 18ữ 24 S NM(t) (MVA) 423,5 470,6 470,6 376,5 S td(t) (MVA) 35,4 37,6 37,6 33,11 3 423.5 376.5 470.6 0 100 200 300 400 500 600 0 6 12 18 24 Hình 1-1 4 1-3. Đồ thị phụ tải điện áp máy phát (10,5 KV). Phụ tải cấp điện áp máy phát của nhà máy có điện áp 10,5 kV, công suất cực đại P UFmax =12MW , cos tb = 0,85. Để xác định đồ thị phụ tải điện áp máy phát phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : tb (t) UF UF(t) cos P S = với UFmax UF UF(t) P 100 %P P = Kết quả tính đợc theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-3 và đồ thị phụ tải địa phơng cho ở hình 1-3. Bảng 1-3 t (giờ) 0 ữ 6 6ữ 12 12 ữ 18 18ữ 24 P UF (%) 60 90 100 80 P UF(t) (MW) 7,2 10,8 12 9,6 S UF(t) (MVA) 8,5 12,7 14,1 11,3 4 35.4 33.11 37.6 0 10 20 30 40 50 0 6 12 18 24 Hình 1-2 5 1-4. Đồ thị phụ tải trung áp (110 KV) Nhiệm vụ thiết kế đã cho P 110max = 150W và cos tb = 0,85. Để xác định đồ thị phụ tải phía trung áp phải căn cứ vào sự biến thiên phụ tải hàng ngày đã cho và nhờ công thức : tb (t) 110 (t) 110 cos P S = với 110max (t) 110 P 100 P% P = Kết quả tính đợc theo từng thời điểm t cho ở bảng 1-4 và đồ thị phụ tải phía trung áp cho ở hình 1-4 Bảng 1-4 t(giờ) 0 ữ 6 6ữ 12 12 ữ 18 18ữ 24 P (%) 80 100 90 80 P 110(t) (MW) 120 150 135 120 S 110(t) (MVA) 150 187,5 168,8 150 5 8.5 11.3 14.1 12.7 0 5 10 15 20 0 6 12 18 24 Hình 1-3 6 1-5. Đồ thị phụ tải hệ thống (220 KV). Ta có phơng trình cân bằng công suất toàn nhà máy là: S NM(t) = S UF(t) + S 110(t) + S HT(t) + S td(t) Từ phơng trình trên ta có phụ tải cao áp theo thời gian là: S HT(t) = S NM(t) - {S UF(t) + S 110(t) + S td(t) } S HT(t) : Công suất phát lên hệ thống tại tời điểm t , MVA S NM(t) : Công suất nhà máy tại thời điểm t , MVA S UF(t) : Công suất phụ tải điện áp máy phát tại thời điểm t , MVA S 110(t) : Công suất phụ tải trung áp tại thời điểm t , MVA S td(t) : Công suất tự dùng toàn nhà máy tại thời điểm t , MVA Tổng hợp các kết quả đã tính toán ở các bảng trên , và áp dụng công thức ta lập đợc bảng tính toán phụ tải và cân bằng công suất toàn nhà máy nh bảng 1-5 và đồ thị phụ tải hệ thống trên hình 1-5. 6 150 150 168.8 187.5 0 40 80 120 160 200 240 0 6 12 18 24 Hình 1-4 7 Bảng 1-5 t (giờ) S (MVA) 0 ữ 6 6ữ 12 12 ữ 18 18ữ 24 S NM(t) 423,5 470,6 470,6 376,5 S 110(t) 150 187,5 168,8 150 S UF(t) 8,5 12,7 14,1 11,3 S td(t) 35,4 37,6 37,6 33,11 S HT(t) 229,6 232,6 250,1 182,1 1-6. Nhận xét chung. Phụ tải nhà máy phân bố không đều trên cả ba cấp điện áp và giá trị công suất cực đại của chúng có trị số là: 7 Hình 1-5 229.6 182.1 250.1 232.6 0 50 100 150 200 250 300 0 6 12 18 24 8 S UFmax = 14,1 MVA S 110max = 187,5 MVA S HTmax =250,1 MVA Tổng công suất định mức của hệ thống là 3500 MVA, dự trữ quay của hệ thống bằng 10%, tức là S dtHT = 350 MVA. Giá trị này lớn hơn trị số công suất cực đại mà nhà máy phát lên hệ thống S HTmax =250,1 MVA. Nhà máy điện có công suất đặt là 470 MVA so với tổng công suất của hệ thống ( không kể nhà máy thiết kế ) chiếm tỉ lệ phần trăm là 13,4%. Phụ tải điện áp trung chiếm tới 40% công suất nhà máy do đó việc đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải này là rất quan trọng. Qua đó ta nhận thấy : Nhà máy thiết kế có đủ khả năng cung cấp điện cho phụ tải ở các cấp điện áp , đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện với lợng công suất phát ra chiếm 13,4% lợng công suất toàn hệ thống . Nhà máy thiết kế có nhiệm vụ chính là phục vụ cho phụ tải cấp điện áp trung và phát công suất thừa vào hệ thống . Còn phụ tải cấp điện áp máy phát chỉ chiếm 2,1% lợng công suất toàn nhà máy . Do đó sẽ tơng đối thuận tiện cho việc ghép nối các máy phát theo sơ đồ bộ MF-MBA nên sơ đồ nối dây của toàn nhà máy sẽ đơn giản và rẻ tiền hơn. Đợc thiết kế với 3 cấp điện áp 220 kV,110 kV, 10,5 kV . Vì cấp điện áp 220 kV,110 kV có trung tính trực tiếp nối đất nên ta có thể dùng máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc giữa cấp điện áp máy phát , cấp điện áp trung và cấp điện áp cao. Do phụ tải ở các cấp điện áp trung có công suất tơng đối lớn nên ta có thể nối vào phía điện áp trung 110 kV từ 1 đến 2 bộ MF-MBA . Qua bảng cân bằng công suất ta thấy tơng đối ổn định , đó là điều kiện thuận lợi cho việc vận hành nhà máy. Từ các kết quả tính toán trên ta xây dựng đợc đồ thị phụ tải tổng hợp của nhà máy nh sau: 8 9 9 12.7 14.1 11.38.5 37.6 33.1 35.4 150 168.8 187.5 150 423.5 376.5 470.6 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 6 12 18 24 10 Ch Ch ơng II ơng II lựa chọn ph lựa chọn ph ơng án nối điện chính ơng án nối điện chính Chọn sơ đồ nối điện chính là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thiết kế nhà máy điện. Sơ đồ nối điện hợp lý không những đem lại những lợi ích kinh tế lớn lao mà còn đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật , vì vậy phải nghiên cứu kĩ nhiệm vụ thiết kế , nắm vững các số liệu ban đầu, dựa vào bảng cân bằng công suất và các nhận xét tổng quát ở trên để vạch ra các phơng án nối dây có thể . Các phơng án vạch ra phải đảm bảo cung cấp điên liên tục cho các hộ tiêu thụ và thoả mãn yêu cầu kỹ thuật. Sơ đồ nối điện chính giữa các cấp điện áp của một phơng án dựa trên cơ sở nhằm thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau : - Số lợng máy phát điện nối vào thanh góp điện áp máy phát phải thoã mãn điều kiện sao cho khi ngừng làm việc một máy phát lớn nhất thì các máy còn lại vẫn phải đảm bảo đủ cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp máy phát và cấp phụ tải điện áp trung (trừ phần phụ tải do các bộ hoặc các nguồn khác nối vào thanh góp điện áp trung có thể cung cấp đợc). - Công suất của mỗi bộ MF- MBA không đợc lớn hơn dự trữ quay của hệ thống . - Khi phụ tải điện áp máy phát nhỏ , để cung cấp cho nó có thể lấy rẽ nhánh từ các bộ MF-MBA , nhng công suất rẽ nhánh không đợc vợt quá 15% công suất bộ. - Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả 2 phía điện áp trung và cao đều có trung tính trực tiếp nôí đất (U110 kV). - Khi công suất tải điện áp cao lớn hơn dự trữ quay của hệ thống thì phải đặt ít nhất 2 máy biến áp . 10